2006/06/26煤礦瓦斯突出部位高分辨探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用(一)

煤礦瓦斯突出部位高分辨探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

彭蘇萍，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授
“煤炭資源與安全開(kāi)采”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)地質(zhì)與地球物理研究所所長(zhǎng)

一、國(guó)外研究現(xiàn)狀 1
二、研究方案及技術(shù)路線 1
三、主要應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)用價(jià)值 3
（一）瓦斯突出煤體結(jié)構(gòu)高分辨測(cè)井技術(shù) 3
1．瓦斯突出煤體結(jié)構(gòu)高分辨測(cè)井曲線特征提取 3
2.不同突出危險(xiǎn)程度煤體的測(cè)井響應(yīng) 4
（二）礦井瓦斯富集部位的地震反演技術(shù) 5
1．實(shí)現(xiàn)高分辨率地震勘探 5
2．識(shí)別小斷層 5
3．預(yù)測(cè)煤層厚度 6
4．瓦斯及突出煤層的反演技術(shù) 7
（三）三維三分量地震探測(cè)煤礦瓦斯富集部位的技術(shù) 8
（四）探測(cè)瓦斯富集區(qū)的AVO技術(shù) 11
四、結(jié)論 18

我國(guó)層賦存地質(zhì)條件復(fù)雜多變，瓦斯分布不均，重大瓦斯災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生。瓦斯重大事故頻發(fā)的原因，除有些是安全管理不到位外，更主要與近十多年來(lái)我國(guó)煤礦隨開(kāi)采深度增加瓦斯含量急劇增加有密切關(guān)系。開(kāi)采深度的加大和開(kāi)采規(guī)模的提高導(dǎo)致開(kāi)采條件更趨復(fù)雜，而研究人員還習(xí)慣于應(yīng)用淺部開(kāi)采條件下的瓦斯地質(zhì)作用特征和規(guī)律來(lái)指導(dǎo)深部開(kāi)采地質(zhì)狀況下的瓦斯治理，還主要采用基于礦井通風(fēng)的煤礦瓦斯安全理論及技術(shù)，因此難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求。實(shí)踐證明，當(dāng)前煤礦瓦斯治理需要從全局出發(fā)，進(jìn)行綜合預(yù)防和治理，其中有效的方法是在在掌握煤層中瓦斯和構(gòu)造煤賦存規(guī)律的基礎(chǔ)上，在煤礦開(kāi)采前對(duì)瓦斯進(jìn)行有效超前預(yù)抽，降低瓦斯?jié)舛龋覀兡壳皩?duì)瓦斯的賦存特征和分布規(guī)律掌握很少，還沒(méi)有找到探測(cè)和預(yù)測(cè)瓦斯富集和突出部位的有效方法和手段。因此迫切需要探索在深部開(kāi)采地質(zhì)條件下，開(kāi)采煤層圍巖巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)與瓦斯富集的關(guān)系，深入研究探索瓦斯富集和瓦斯突出災(zāi)害源準(zhǔn)確探測(cè)和預(yù)測(cè)的方法和技術(shù)。
一、國(guó)外研究現(xiàn)狀
世界一些主要產(chǎn)煤大國(guó)如英、德、法、前蘇聯(lián)、美國(guó)、澳大利亞和南非等國(guó)家，在煤礦瓦斯探測(cè)和預(yù)測(cè)方面作了大量工作。在美國(guó)，目前主要采用地面地震探測(cè)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)瓦斯富集部位，用地面抽排技術(shù)來(lái)降低礦井瓦斯?jié)舛?。最成功的例子是美?guó)西達(dá)山（Cedar Hill）礦區(qū)瓦斯地面抽放工程。該區(qū)為一單斜盆地，含7個(gè)煤組，煤層厚度大，連續(xù)性好。因此，首先通過(guò)三維地震勘探等查明礦區(qū)瓦斯分布范圍，確定分布區(qū)域中瓦斯富集部位。然后在富集部位進(jìn)行地面抽放，使煤層中瓦斯含量大大減少。前蘇聯(lián)地區(qū)的地質(zhì)學(xué)家則更重視利用各類地質(zhì)參數(shù)和煤的物理、化學(xué)特征來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)瓦斯變化；德國(guó)在魯爾礦區(qū)采用橫波地震構(gòu)造綜合探測(cè)技術(shù)和沿煤層水平鉆探探測(cè)和預(yù)測(cè)瓦斯的富集部位和煤礦開(kāi)采前的瓦斯抽排，并認(rèn)為橫波地震探測(cè)瓦斯是最具前景的方法；澳大利亞主要應(yīng)用沿煤層鉆探、橫波地震、地面地震及地震填圖等手段預(yù)測(cè)工作面災(zāi)害事故。
二、研究方案及技術(shù)路線
近年來(lái)，我們?cè)诨茨系V業(yè)集團(tuán)等企業(yè)的大力支持下，對(duì)煤層中瓦斯富集特征和富集規(guī)律進(jìn)行了大量分析與研究，開(kāi)發(fā)了準(zhǔn)確探測(cè)精細(xì)地質(zhì)構(gòu)造、煤層及其特征、頂?shù)装鍘r性、煤和瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)的三維地震勘探技術(shù)體系及其資料處理與解釋軟件，初步建立了探測(cè)瓦斯富集部位的地震地質(zhì)方法。
具體采用的研究流程如圖1所示：1）在鉆孔測(cè)井資料、煤樣分析結(jié)果與測(cè)井資料之間能夠建立明顯定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果的地區(qū)，采用多地震屬性定量人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，定量預(yù)測(cè)目的層的瓦斯含量。即將計(jì)算的目的層瓦斯含量曲線與井旁道地震屬性進(jìn)行相關(guān)分析篩選，利用地球物理反演技術(shù)及地震多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)直接預(yù)瓦斯含量，得到瓦斯含量三維數(shù)據(jù)體，進(jìn)而預(yù)測(cè)瓦斯富集帶；2）對(duì)鉆孔比較稀少、尚未建立瓦斯含量與測(cè)井資料之間定量關(guān)系的三維地震勘探工區(qū)，可以利用地震波形分類技術(shù)。即在精細(xì)解釋基礎(chǔ)上，對(duì)煤層附近的地震道進(jìn)行波形分類，并與已知鉆孔瓦斯含量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析瓦斯富集帶的地震響應(yīng)特征，尋找地震波形屬性特征與瓦斯富集鉆孔之間的關(guān)系，進(jìn)而將這種關(guān)系沿相同波形特征區(qū)外推，直接定性預(yù)測(cè)瓦斯富集帶。最后將上述預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，綜合選擇瓦斯的有利勘探目標(biāo)對(duì)未采用三維地震勘探工區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)觀測(cè)、巖樣、測(cè)井、地震聯(lián)合預(yù)測(cè)瓦斯地質(zhì)特征流程示意圖